Ideen gesucht: Antrieb Audi RSQ (zum "rumspinnen")

[Majuz]

Hallo zusammen

Sorry, wird etwas länger :-)

Mir geistert schon seit einigen Jahren die Idee im Kopf herum den Audi RSQ (bekannt aus dem Film "I Robot" mit Will Smith) als Modellauto nachzubauen. Wem das gerade nichts sagt: Google Bildersuche "RSQ" (http://images.google.de/images?hl=de&q=RSQ&gbv=2&aq=f&oq=)

Das ganze scheiterte bisher am Prinzip des Autos: Es fährt auf Kugeln! Das ist es aber auch, was den Reiz an der ganzen Geschichte ausmacht.
Die Möglichkeiten wären vielfältig z.B.:
- "normal" fahren wie jedes andere Auto auch
- Auf der Stelle drehen
- Seitlich fahren
- während dem Fahren das Auto drehen, aber die Richtung beibehalten :-)

Natürlich könnte man das mit Rädern lösen, die 360° Drehbar sind, aber das ist ja nicht Sinn der Sache. Wennn dann richtig :-)

Ich habe mir natürlich auch schon zum mechanischen Aufbau Gedanken gemacht und diese in einer provisorischen Zeichnung (mit WORD!) dargestellt. Siehe Anhang.

Die vier "Antriebskugeln" werden von je zwei Rollen angetrieben die 90° versetzt sind (Anordnung siehe Anhang). Insgesamt bräuchte man dann 3 Motoren. Zur Lagerung könnte man über der Kugel eine Kugelrolle anbringen, die leicht aus der Mitte versetzt ist, damit das Eigengewicht des Autos die Kugel an die Antriebsrollen drückt.

Überlegungen zur Steuerung:
4-Kanal RC-Fernbedienung
Auswertung und ansteuerung der 3 Motoren über µController.
linker Knüppel vor/zurück: in Hauptrichtung fahren
rechter Knüppel rechts/links: Lenken wie bei normalem Auto (Vordere Kugeln bekommen zusätzlich rechts- /linksdrall)
linker Knüppel links/rechts: seitlich fahren
rechter Knüppel vor/zurück: auf der Stelle drehen

Dabei ergeben sich meiner Meinung nach einige Probleme:

1. Das Kugelmaterial. Das muss Grip haben, darf aber nicht zu weich sein, sonst drückt sich die Kugelrolle ein. Es gibt Spielbälle aus Vollgummi für Hunde mit bis zu 85mm durchmesser. Ich schätze allerdings mal, dass diese zu weich sind. Evtl könnte man auch eine Holzkugel mit einem Luftballon beziehen, das ist aber dann nicht so 100%ig rund.

2. Die Kugellagerung. wenn man sich ein Bild des RSQ anschaut wird man feststellen, dass über der Kugel nicht wirkich viel Platz vorhanden ist, um die Kugel zu lagern. Die Kugelrollen sind fast schon zu hoch. Evtl könnte man auch die Lagerung die in einer Kugelrolle ist (viele noch kleinere Kugeln) nachbauen. Ist aber technisch als Hobbyprojekt sehr schwer zu realisieren

3. Dreck! Wenn das Auto durch Staub oder Dreck fährt werden wohl die Antriebsrollen und Kugelrollen sehr schnell verdrecken. Selbst wenn man nur in der Wohnung fahren würde käme das wohl mit der Zeit so.

4. Wenn das Auto über ein Schlagloch fährt und eine Kugel "runterfällt" wird diese zwar von der Gundplatte gehalten, aber dadurch abgebremst. Dann müssten unten nochmals Kugelrollen hin, damit die Kugel sich weiterdrehen kann.

Wahrscheinlich bestehen noch viele weitere Probleme, die ich momentan noch garnicht sehe. Wem fällt noch eines ein?

Ich hab eigentlich garkeine Zeit das zu bauen, aber es geistert mir schon so lange im Kopf rum, dass ich das jetzt mal schreiben musste.

Da sich dieses Antriebskonzept auch für sonstige Roboter bestens eignet hat vielleicht ja auch jemand von euch Lust sich daran zu versuchen?!

Ich hoffe auf eine angeregte Diskussion!

Gruß
Marius

[Crazy Harry]

Ob das funktioniert weiß ich nicht, aber wenn die Kugeln präzise auf den Antriebsrollen aufliegen und somit nicht weiter nach oben können, könnte man sie doch mit Unterdruck nach oben saugen oder mit einem Magnet oben halten. Per Unterdruck: ein Rohr, daß wenige 1/10mm über der Kugel endet.

[Majuz]

Es geht dabei ja aber genau um das entgegengesetzte Problem. Man müsste dann mit Überdruck arbeiten und das Auto auf den Kugeln schweben lassen. Ist aber meiner Meinung nach viel schwerer zu realisieren. Höchstens das "Schlaglochproblem" (Nr. 4) könnte man damit lösen, aber das müsste dann zusätlich zu den Kugelrollen angebracht werden.

[MadMage]

Das Prinzip dürfte funktionieren, sieht man ja an jeder Kugelmaus. ein gewisser Schlupf ist dann allerdings immer vorhanden.

Jetzt zu deinen Problemen soweit mir was dazu einfällt:

1. bei Kugelmäusen scheint es mit gummierten Metallkugeln gelöst zu sein, die sind mE aber für einen Antrieb zu schwer, ein griffiger Gummiball dürfte hier taugen

3. wird sich nicht vermeiden lassen, gelegentliches Putzen ist angesagt

4. wenn du den "Radkasten" mit einer Abdeckung nach unten hin versiehst, deren Öffnung kleiner ist als die Kugel verlierst du deine Kugel nicht

So, und jetzt der lange text zu 2.: die Kugellagerung kann man nicht mit einer Kugelmaus vergleichen, da diese ja ihr Gewicht nicht auf der Kugel abstützt. Hier finde ich Majuz Vorschlag interessant, statt einer Kugellagerung an der Oberseite ein Luftkissen zwischen der Lagerung der Kugel bei Stillstand (= Notbremseinrichtung) und der Kugel selbst dürfte den geringsten Platz benötigen.

Mir fällt noch ein weitere Problem ein:
Vermutlich brauchst du auch noch eine Vorrichtung, die das Rad an deine Antriebsräder presst.

mfg
mad

[HannoHupmann]

Die Idee der alten Kugelmäuse würde ich invertieren. D.h. statt der Abnehmer für die Position zwei Motoren vorsehen und eine weitere Laufrolle dazu. Damit müsste es gehen.

Vermutlich funktioniert es aber nur gut, wenn das Auto nicht zu schwer wird, auch mit Gummiwalzen würde ich arbeiten auch wenn man nun zweimal das Problem mit dem Grip hat (Kraft von Motor auf Kugel und von Kugel auf Boden). Geht es nur um die Optik oder geht es um das Prinzip dahinter? Ansonsten wären andere Räder besser geeignet mit denen könnte man auch schräg/quer fahren.

[thewulf00]

Hallo!

Interessante Ideen.
Ich sehe die Hauptproblematik im Lagern der Kugel (nicht zuviel Druck auf die Halterung ausüben, aber trotzdem fest sitzen) und dem Antreiben, da meines Erachtens der Druck, der nötig ist, um die Kugeln bei einem gewissen Gewicht des Autos noch anzutreiben, zu hoch für den 90° versetzten Antrieb ist. Einerseits brauchst Du dort Druck für die Kraftübertragung, andrerseits solltest Du Druck vermeiden, um Deine 90° versetzte Antriebsrolle nicht zu behindern.

Die Idee mit den Kugelmäusen ist gut. Das Hauptproblem wurde ja schon geschildert: Kugelmäuse messen nur den Weg, ohne jeden Druck. Da sind die "Messrollen" extra so aufgehängt, dass sie Schlupf bieten, damit die andere Rollrichtung einfach an ihnen vorüberzieht.

[Majuz]

Hallo zusammen

@MadMage:
Danke für deine Anregungen.
Die Antriebsräder müssen genau auf der Höhe des Kugelmittelpunktes um 90° versetzt angreifen, um so wenig Schlupf wie möglich zu haben. Eine andere Möglichkeit wäre über der Kugel ein um 360° drehbares Rad anzubringen. Dann könnte man ja aber das Rad direkt auf den Boden stellen. Bräuchte man keine Kugeln -> Witzlos

Ich glaube Problem 4 wurde nicht so ganz klar was ich da meine. Anderer Erklärungsversuch: Wenn das Auto über einen kleinen "Hubbel" fährt und kurzzeitig abhebt fällt die Kugel nach unten. Rausfallen kann sie nicht, wenn wie du richtig erkannt hast ist das Loch in der Bodenplatte kleiner. Jedoch wird sie dabei abgebremst, so dass sie stillsteht. Dann bekommt die Kugel wieder Bodenkontakt und wird Ruckartig wieder beschleunigt -> starker Abrieb + Schlag auf die Mechanik

So wie ich es mir gedacht habe wird die Kugel durch das Gewicht des Fahrzeuges gegen die Antriebsräder gepresst. Dies geschieht, weil die Kugelrolle nicht genau über dem Kugelmittelpunkt steht (siehe Bilder)

@HannoHupmann:
Genau so habe ich es mir gedacht. Aber was meinst du damit?
... und eine weitere Laufrolle dazu
Wo soll da noch eine Laufrolle hin?

@thewulf00:
Ja, ich glaub auch, dass dort die Hauptprobleme sitzen. So wie ich es bisher übelegt habe könnte man den Anpressdruck leicht durch versetzen der Kugelrolle ändern.

@all:
Hat jemand eine andere Idee wie man die Kugeln antreiben und lagern könnte?
Gibt es vielleicht auch eine Möglichkeit eine Federung einzubauen?

[MadMage]

Stimmt, die Kugel wird abgebremst wenn sie den Bodenkontakt verliert. Allerdings zeigt sich hier der Vorteil, wenn man schlupf zu den Antriebsrädern hat, der einen Schlag auf die Mechanik entsprechend verhindert ;)

Ich bezweifle aber, ob die schräg versetzte Kugelrolle so gut funktioniert, wenn zuviel Haftung da ist, könnte s zu einem Flattern der Kugel führen wenn das Antriebsrad zu stark nach unten beschleunigen soll und sie somit aus der Halterung drückt.

Kugelmäuse verwenden ein einfaches Plastik-Gleitlager oben, die beiden um 90° versetzten Sensorwellen und ein Rad zum Anpressen, das zu den beiden Sensorwellen um 135° versetzt ebenfalls auf höhe der Kugelmitte liegt. Diese Anordnung dürfte die einfachste sein, nur der Ersatz des Gleitlagers ist zwingend nötig.

Wenn man die Antriebsrollen unterhalb der Kugelmitte montiert könnte man diese aber gleichzeitig als Schutz vor dem herausfallen nutzen, nur die optimale Position der Anpressrolle ist mir da noch nicht ganz klar - in einer Ebene mit den Antriebsrollen besteht die Gefahr des Herausfallens, positioniert man es darunter wird das Rad uU nach oben gedrückt....

nachdenklicherweise
mad

[ranke]

Wenn man zum Antrieb gleich einen Kugelmotor verwendet, wie hier veröffentlicht?
http://www.iem.rwth-aachen.de/uploads/730/1776/paper_isom2002.pdf
Die ungefederte Masse wird sich dann allerdings um die Masse des Stators vergrößern, der Luftspalt sollte ja einigermaßen konstant bleiben.

[Majuz]

Sehr interessant.
Ich glaube aber nicht, dass das im Rahmen eines Hobbyprojektes machbar ist. Für ein Realmodell wäre soein Motor sicher angebracht.

[echo]

Moin,

sehr interessante Antriebslösung. Dachte im ersten Moment auch an eine Magnetische Lagerung im Sinne der Levitation von Diamagneten auf Permanentmagneten. Allerdings wäre das mit der momentanen Technik und den Materialien enorm teuer zu realisieren. Die ganze Rollen-auf-der- Kugel-Mechanik hat aber keine wirkliche logik, bei dem Aufwand kann man auch gleich räder nehmen die drehbar gelagert sind. Die momentane Antriebstechnik reicht eigentlich aus, andere bessere Fahrmanöver als seitlich einparken wären da eh nicht drin xD

Edit: Hab mir nochma das PDF durchgelesen. Sehr interessant für Fertigungsanlagen wie Bearbeitungszentren, wo die enormen Preise für solche Kugelmotoren durchaus akzeptabel wären.

MfG Echo

[Richard]

Wenn man zum Antrieb gleich einen Kugelmotor verwendet, wie hier veröffentlicht?
http://www.iem.rwth-aachen.de/uploads/730/1776/paper_isom2002.pdf
Die ungefederte Masse wird sich dann allerdings um die Masse des Stators vergrößern, der Luftspalt sollte ja einigermaßen konstant bleiben.

Das war jetzt sehr gemein. :-( Ich wollte gerade (meine) Erfindung,
ne Magnetkugel nach Art der Magnetschwebebahn vorschlagen und
dann kommst DU mit "gibt es schon"....:-( Wer zu spät kommt den
straft das Leben. :-)

Grüße Richard

[radbruch]

Hallo

Nach eher oberflächlicher Betrachtung scheint mir der oben gezeigte "Kugelmotor" ungeeignet. Seine Kugel ist nicht symertisch aufgebaut und deshalb wird das Drehmoment extrem schwanken, möglicherweise gibt es sogar einen Totpunkt aus dem er nicht mehr wegdrehen kann. ("Vergleich zwischen Messung und Rechnung" im PDF Seite 9 (http://www.iem.rwth-aachen.de/uploads/730/1776/paper_isom2002.pdf))

Ich würde versuchen den Kugelantrieb rein mechanisch zu lösen, eine gute Idee dazu habe ich aber leider auch nicht :(

Gruß

mic

[echo]

Moin,

denke mal nicht das das Drehmoment extrem schwanken wird bei richtiger Auslegung der Steuerung der Spulen, sowie den anderen Parametern wie Luftspalt, Pol-Nut-Verhältnis, usw. Der Kugelmotor ist einem Glockenankermotor ja sehr ähnlich und diese können auch äußerst präzise gesteuert werden ohne Drehmoment-ripple aufzuweisen (das allerdings auch nur bei optimierten motoren). Totpunkte sollte es eigentlich nicht geben das de Motor von jeder Position seiner Freiheitsgrade aus startbar ist.

MfG Echo

[thewulf00]

Man könnte ja auch die Kugelmotoren einer "Achse" (also bspw. die beiden hinteren Kugeln) jeweils etwas gedreht aufhängen, dann würden die Totpunkte nicht gleichzeitig erreicht und einer hat immer Kraft.

[echo]

Hmm, stimmt. Durch die Anflanschung sind tatsächlich totpunkte gegeben die dann dazu führen das man nicht in alle richtungen fahren kann, also entweder nur vorwärts/rückwärts oder seitlich. Naja zuwenig freiheitsgrade.

MfG Echo

[Crazy Harry]

Geht es dir um die Optik oder die tatsächliche Funktion ? Wenn die die Optik reicht, könntest du einfach ein kugelförmiges (aber achsengelagertes) Rad antreiben und mit einem Servo drehen. Wenn sowieso nur die Unterseite der Kugel aus dem Fahrzeug ragt fällt das sicher nicht auf ;)

Ansonsten denke ich, daß ein Antrieb ähnlich einer umgekehrten Kugelmaus doch funktionieren müßte. Die Kugel selber liegt auf den Antriebsrollen auf und da diese überhalb der Kugelmitte liegen (sollten) kann die Kugel nach oben schonmal nicht weg. Antriebswalzen sind meiner Meinung nach nicht geeignet, da alle 4 Lager (2x Antrieb und 2x Gegenlager) in gleicher Höhe sein sollten. Mechanisch wird das mit Walzen recht schwierig.

[thewulf00]

Aber Harry,
wie willst Du denn genügend Druck zum Antrieb aufbauen, und trotzdem beim Drehen um die erste Achse den Antrieb (Walze oder was auch immer) der zweiten Achse nicht kaputtreiben?

[Majuz]

@Harry:
Es geht mir dabei schon um die tatsächliche Funktion. :-)
Der Antrieb muss genau auf Höhe der Kugelmitte sein, damit die Reibung so gering wie möglich ist.
Stell dir mal vor: Das Fahrzeug fährt geradeaus. Dann gibt es rechts und Links an der Kugel je einen Punkt der sich nicht bewegt, sondern sich nur um sich selbst dreht. Genau an diesem Punkt muss der "Querantrieb" angreifen, damit möglichst wenig Reibung entsteht.

[Crazy Harry]

@thewulf00: ok das Argument zieht natürlich
@Majuz: das auch :cry:

Würde es denn funktionieren, wenn es nur einen Antrieb gibt ? Und zwar ein Antriebsrad das oben auf der Kugel aufliegt und 360° drehbar ist ? Ich stelle mir die Lagerung der Kugel ringsum schwierig vor.

[echo]

Moin,

die lagerung der kugel ist nicht das problem. Mit stoßdämpfer und lagerkugeln dürfte das hinhauen, allerdings macht es keinen sinn ne kugel zu verwenden wenn das antriebssystem nicht dafür optimiert ist. Wenn man bereits ein um 360 Grad drehbar-gelagertes rad hat, warum nimmt man das nicht als antrieb statt extra verlustreich auf ne kugel...

MfG Echo

[Majuz]

@CrazyHarry:
Das würde sicher funktionieren, aber wie echo schon richtig geschrieben hat könnte man dann auch die Räder direkt auf den Boden setzen und bräuchte den Umweg über die Rolle nicht zu gehen.

Mir fällt einfach keine andere Möglichkeit ein :-(

[Dolfo]

Hallo Marius,

Idee:

Kugel ("Rad") leicht oberhalb und unterhalb des Äquators über jeweils drei Kugeln lagern. Oben am Pol eine Antriebswalze. Diese dreht sich einmal um die eigene Achse um die "Radkugel" anzutreiben. Außerdem aber noch um die 90° Achse. Damit bestimmst Du die Richtung, in die sich die Kugel dreht. Andruck der Walze über eine Feder.

Damit sind alle Fahrtrichtungen möglich ohne das Problem der Querreibung bei starr angeordneten Antriebswalzen.

Grüße,
Dolfo

[Majuz]

Das ist ja aber wieder genau das, was Crazy Harry geschrieben hat. Dann könnte man anstatt der Walze ein Rad nehmen und bräuchte keine Kugel. Außerdem müsste die Walze um 360° endlos drehbar sein. ansonsten müsste sie in bestimmten Fahrmanövern plötzlich um 90° springen.

[Crazy Harry]

Sorry wenn ich diesen Thread wieder ausgrab, aber ich hab was geniales gesehn: guggsdu (http://www.elektroniknet.de/home/automotive/news/n/d/honda-entwickelt-elektroeinrad/)

Ich weiß nicht wie das mechanisch funktioniert, aber es geht: ein Rad bestehend aus Rädern - ich finds genial :)

[oberallgeier]

... hab was geniales gesehn ...Also die Damen im ersten Video sehen aus, als säßen sie auf einer rollenden Kloschüssel - nix für ungut. Und im letzten Video habe ich den Eindruck, dass die Kurvenfahrt mit Fußbremse funktioniert (der schleift doch deutlich).

Diese Lösung mit diesen ganz speziellen Om niwhee ls ist sicher s..mäßig high tech. Wie das bei flusigem Teppich, Herbstlaub (gibts in Japan noch Bäume?) oder ähnlichen Nicht-Labor-Bedingungen aussieht warten wir erstmal ab. Gell?

Mal zum Handling: ich stell mir vor, dass ich damit durch die Fußgängerzone oder durch Bürogänge schleiche-fahre. Immer wieder vor- und zurückbeugen. Na ich weiß nicht. Da tendiere ich doch eher zu der Segway-Lösung.

Eigentümlich ist allen diesen Lösungen (AudiRSQ, Segway, Honda UX3 etc) die Philosophie: EIS = Elektronisch Induzierte Stabilität. Ok, damit fliegt heute fast jeder Kampfjet und die machen das so sicher, dass in absehbarer Zeit wohl auch eine PopelPiper damit rauskommen wird. Das hast sicher einen hohen Spiel- und Technikfreak-Wert.

Na ja, und wenn ich daran denke, dass mich bald wesentlich ältere Typen auf steilen Bergstrecken mit lässigem Treten und vermutlich hämischem Grinsen auf ihrem Pedelec überholen und sich eins grinsen werden - während ich mich bei meinem Anti-Aging-Strampeln schweißtriefend abmühe - dann fürche ich, werde ich den Fortschritt verdammen oder kaufen. Ob ich danach später oder früher altern werden, bleibt offen.

[grützwurschd]

Hallo leute,
das hier ist mein erster Beitrag im Forum, daher entschuldige ich mich schonmal im Voraus für fehltritte.

zu diesem thema habe ich auch eine Idee, die mir zumindest nicht ganz unrealistisch erscheint.

was wäre, wenn man die kugeln an einer welle befestigt, die nicht steif ist sondern flexibel. beispielsweise eine spiralfeder oder ähnliches.diese welle wird angetrieben. zusätzlich hat man an jedem rad(kugel) einen servo sitzen der den drehmoment-einwirkpunkt verschiebt.
hört sich zwar bissle kompliziert an, wäre aber ein ansatz.ich hab hier mal eine einfache grafik erstellt.


MFG grützwurschd

[cassini]

Zur Lagerung einer einzelnen Radkugel könnte mann 2 Kugellagerringe nehmen, die einen etwas geringeren Innendurchmesser haben als die Radkugel. Eins von oben eins von unten die Kugel "einklemmen". Die Verbindung der Lager untereinander bestimmt den Druck auf die Kugel und sorgt für eine vernünftige Aufhängung am Fahrzeug selbst (sogar gefedert, wenn gewünscht). Mit der von Dolfo beschriebenen Antriebswalze kann jeder beliebige Bewegungsvektor (in der Fahrebene) erzeugt wwerden. Wie man die jedoch 90° versetzt zur Drehachse bewegen will....??? Nee - da fällt mir erstmal nichts ein.

[grützwurschd]

bei genauerer Betrachtung meines "hoch intelligenten" Vorschlags fällt mir auf, dass es eigentlich keinen Unterschied zu 4-volldrehbaren Rädern macht :D

[HeXPloreR]

*ausgrabe* ;)

Hier ist die Lösung aller Probleme und die liegt hier schon seit 04. 2010 rum - speziell ab 1:00 :
http://www.youtube.com/watch?v=bI06lujiD7E

Ich schlage vor "Gymnstikbälle" mit 3bar oder soo darin zu verbauen - als Dämpfung.

Allerdings dürfte man dennoch auf heutigen Straßen so seine Problem haben und mal eben quer "aufm Bordstein" parken is damit auch nicht... also wo war nochmal der Sinn? - ach ja, ob's denn überhaupt geht.

[Crazy Harry]

Wenn man sich das Video genau anschaut und dann mal in einer ruhigen Minute über den Antrieb mit den 3 Rädern nachdenkt, kommt man schon ins grübeln, wie das ganze funktionieren kann. Was passiert denn wenn nur ein Rad antreibt ? Oder 2 ? Oder 2 gegenläufig ? Schon kurios das Teil ....... ;)